소개글
"활성슬러지공정 생물학적 질소 제거"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
2. 활성슬러지 공정에 관여하는 환경미생물
2.1. 호기성 세균
2.2. 혐기성 세균
2.3. 질산화 세균
2.4. 탈질화 세균
2.5. 방선균
3. 생물학적 질소 제거에 관여하는 환경미생물
3.1. 암모니아 산화 세균
3.2. 아질산화 세균
3.3. 탈질화 세균
3.4. 아나목스 박테리아
4. 활성슬러지 공정과 생물학적 질소 제거의 미생물 비교
4.1. 기능적 차이
4.2. 생태학적 특성
4.3. 운영 조건의 차이
4.4. 에너지 소비와 비용 측면
4.5. 슬러지 생성량
5. 환경미생물 비교 분석에서 도출한 시사점
5.1. 미생물 군집의 관리와 다양성 유지
5.2. 환경 조건의 세밀한 조절과 최적화
5.3. 새로운 미생물과 공정의 도입
5.4. 종합적이고 통합적인 접근의 필요성
5.5. 교육과 전문 인력의 양성
6. 결론
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
현대 사회는 급속한 산업화와 도시화로 인해 다양한 환경문제를 직면하고 있으며, 특히 수질오염은 인간의 건강과 생태계에 큰 위협이 되고 있다. 수질오염은 산업폐수, 생활하수, 농업활동 등 다양한 원인에 의해 발생하며, 이러한 폐수 내 오염물질을 적절히 처리하지 않으면 하천과 해양의 생태계가 파괴될 수 있다. 수질오염의 주요 원인 중 하나는 하수나 폐수 내에 포함된 유기물과 질소 화합물이다. 이러한 오염물질은 물속의 산소를 고갈시키고 부영양화를 유발하여 수질 악화의 주된 원인이 된다. 이를 해결하기 위해 활성슬러지 공정과 생물학적 질소 제거 공정이 도입되어 폐수 내 오염물질을 제거하는 데 중요한 역할을 하고 있다. 활성슬러지 공정은 하수처리장에서 가장 널리 사용되는 생물학적 폐수처리 공정 중 하나로, 미생물을 이용하여 폐수 내 유기물을 분해하고 정화하는 과정이다. 이 공정은 미생물의 대사 활동을 활용하여 유기물을 이산화탄소와 물로 분해하며, 이를 통해 수질 개선에 기여한다. 반면, 생물학적 질소 제거 공정은 폐수 내 질소 화합물을 제거하기 위한 생물학적 처리 방법으로, 주로 질산화와 탈질화 과정으로 구성된다. 질소 화합물은 수질 오염의 주요 원인 중 하나로, 폐수 내 질소가 방류될 경우 부영양화를 유발하여 수생 생태계에 심각한 영향을 미친다. 따라서 이 공정은 질소의 제거를 통해 수질을 개선하고, 생태계의 균형을 유지하는 데 중요한 기여를 한다.
2. 활성슬러지 공정에 관여하는 환경미생물
2.1. 호기성 세균
호기성 세균은 활성슬러지 공정에서 가장 중요한 역할을 하는 미생물 중 하나이다. 이들은 산소가 풍부한 환경에서 유기물을 분해하여 이산화탄소와 물로 전환시킴으로써 수질 개선에 기여한다.
대표적인 호기성 세균으로는 Pseudomonas와 Bacillus 속 세균이 있다. Pseudomonas 속 세균은 다양한 유기물을 분해할 수 있는 능력이 뛰어나, 석유화학 공정에서 발생하는 난분해성 유기물 제거에 널리 활용된다. 한 폐수 처리 시설에서는 Pseudomonas putida를 이용하여 이러한 폐수 내 유기물을 효과적으로 처리하였다고 한다. 이처럼 Pseudomonas 속 세균은 활성슬러지 공정에서 핵심적인 역할을 수행한다.
또한 Zooglea ramigera는 다당류의 점액질을 생성하여 슬러지의 응집성과 침전성을 향상시키는 데 기여한다. 이를 통해 미생물 군집의 균형을 유지하고 폐수 처리 효율을 높일 수 있다. 현장에서는 이러한 호기성 세균의 활성을 극대화하기 위해 pH와 온도 등의 환경 조건을 철저히 관리한다고 한다.
이처럼 호기성 세균은 활성슬러지 공정에서 유기물 분해, 슬러지 형성, 수질 개선 등의 핵심적인 기능을 수행하며, 폐수 처리 효율 향상에 매우 중요한 역할을 하고 있다.
2.2. 혐기성 세균
혐기성 세균은 산소가 없는 조건에서 유기물을 분해하며, 주로 혐기성 소화 공정에서 메탄가스와 같은 바이오가스를 생성한다. 이들은 활성슬러지 공정에서 슬러지의 양을 줄이고 유기물을 효과적으로 처리하는 데 기여한다. 대표적인 혐기성 세균으로는 Methanobacterium과 Clostridium이 있다. Methanobacterium은 수소와 이산화탄소를 이용하여 메탄을 생산하는 대표적인 메탄 생성균이다. Clostridium은 혐기성 환경에서 다양한 유기물을 분해할 수 있으며, 단백질, 탄수화물, 지질 등 다양한 기질을 이용한다. 이처럼 혐기성 세균은 활성슬러지 공정에서 혐기성 처리 과정을 통해 효과적으로 유기물을 제거하고 바이오가스를 생산하는 데 중요한 역할을 한다.
2.3. 질산화 세균
질산화 세균은 암모니아를 아질산염과 질산염으로 산화시키는 호기성 미생물이다. 이들은 폐수 내 질소 화합물의 제거에 핵심적인 역할을 담당한다.
질산화 세균에는 암모니아를 아질산염으로 산화시키는 암모니아 산화 박테리아(AOB)와 아질산염을 질산염으로 산화시키는 아질산화 박테리아(NOB)가 있다. 대표적인 AOB로는 Nitrosomonas, Nitrosococcus 등이 있으며, NOB로는 Nitrobacter, Nitrospira 등이 있다.
이들 질산화 세균은 호기성 환경에서 주로 활동하며, 암모니아를 질산염으로 전환시키는 과정을 통해 수질 오염물질인 질소 화합물을 제거한다. Nitrosomonas europaea와 같은 AOB는 폐수 처리 시설에서 많이 발견되며, 암모니아 제거에 효과적이다. Nitrobacter winogradskyi와 같은 NOB는 아질산염 축적을 방지하여 질소 제거 과정을 안정적으로 유지하는 데 기여한다.
그러나 질산화 세균은 성장이 매우 느리고 까다로운 환경 조건에 민감하다. 특히 온도, pH, 용존 산소 농도 등을 정밀하게 관리해야 한다. 한 폐수 처리 시설에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 NOB의 활성을 높이는 연구를 진행하였다.
질산화 세균은 생물학적 질소 제거 공정의 핵심 기능을 수행하므로, 이들의 최적 활성을 유지하는 것이 중요하다. 따라서 질산화 세균의 성장 특성과 반응 조건을 깊이 이해하고, 이를 폐수 처리 현장에 효과적으로 적용할 수 있어야 한다.
2.4. 탈질화 세균
탈질화 세균은 질산염을 질소 가스로 환원시키는 역할을 한다. 이들은 혐기성 조건 또는 무산소성 환경에서 활동하며, 폐수 내 질소 화합물을 제거하여 부영양화를 방지하는 데 중요한 기여를 한다. 대표적인 탈질화 세균으로는 Pseudomonas, Par...
참고 자료
공용, 환경미생물학, 활성슬러지 공정과 살수여상 공정을 환경미생물의 관점에서 비교, 2022.
김동민 외 9인, 폐수처리공학, 도서출판 동화기술, 2013.
조관형 외 7인, 최신 상하수도, 신광문화사, 2008.
한선기ㆍ정진영(2016), 환경미생물학, 한국방송통신대학교 출판문화원
Lofrano, G., & Brown, J. (2010). Wastewater management through the ages: A history of mankind. Science of the Total Environment, 408(22), 5254-5264. 5256 페이지 참고 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.07.062
남영우, & 민준기. (1999). 천연 제올라이트에 의한 상하수의 암모니아성 질소 제거에 관한 연구(3). 숭실대학교 환경·화학공학과. 151 페이지 참고
https://www-riss-kr.libproxy.daejin.ac.kr/link?id=A100241101
한국방송통신대학교. 환경미생물학. 서울: 한국방송통신대학교출판부, 2010.
김성기. 환경미생물학. 서울: 한국방송대학교출판부, 2000.
